專利名稱：具有塑料外部車體和內(nèi)部金屬支架的汽車車體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車，特別是，涉及一種包括塑料外部車體和用于塑料外部車體的內(nèi)部金屬支架的汽車。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，塑料外部車體為一體的塑料模制品，通過吹塑法工藝或離心鑄造工藝一步制成。
這種模制工藝，能夠很好地使塑料外部車體在選擇好的位置具有中空壁區(qū)域，以便車體能夠加強(qiáng)，抵抗彎曲、扭曲或變形。吹塑法工藝的優(yōu)點(diǎn)在于其具有相對快的周期時間。離心鑄造工藝的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠產(chǎn)生光滑的表面沒有模制痕跡；并且，離心鑄造工藝在每一個模制周期之后能夠改變塑料車體的顏色，這在少量生產(chǎn)中比較有利。
塑料外部車體的基本優(yōu)點(diǎn)在于其能夠抵抗汽油、石油和其他化學(xué)材料的沖擊。塑料容易清洗，并且抗腐蝕和紫外線。這里所使用的塑料，在車輪正常使用中遇到溫度升高時，不產(chǎn)生裂縫、碎裂或斷裂。
本發(fā)明試圖改進(jìn)硬殼式構(gòu)造車輛的設(shè)計，其中主要載荷在塑料車體和金屬支架(或底盤)之間傳遞。關(guān)于這一點(diǎn)，術(shù)語“硬殼式構(gòu)造”指的是車體依靠重量輕的殼體承受主要的應(yīng)力。在本發(fā)明中，強(qiáng)化的空壁塑料外殼與剛性金屬支架結(jié)合以便殼體和支架分擔(dān)主要應(yīng)力。
本發(fā)明的組合車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配，以便當(dāng)塑料元件冷卻時(即，塑料外部車體剛剛制成以后)，支架元件能夠用作冷卻固定物，用于支撐塑料外部車體。這個特征，大大簡化了加工設(shè)備的材料處理工藝。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，塑料車體元件為單一塑料元件，通過吹塑法操作或旋轉(zhuǎn)鑄造工藝制成。然而，塑料車體元件也能夠通過將兩個或三個可互換的車體部分通過機(jī)械方式或黏結(jié)劑以“萊格(LEGGO)”方式固定在一起制成。通過使用多個可互換的車體部分，可以使制造四座車輛很快改變?yōu)槲遄囕v(例如，在幾小時之內(nèi))。這種特征提供了極大的市場靈活性。
組合車輛的金屬支架最好完全位于塑料外部車體內(nèi)。然而，在本發(fā)明的擴(kuò)展實施例中，金屬支架元件至少可以部分位于塑料元件之外。例如，車輛的前端和尾端金屬部分可以位于塑料殼的外面，以形成前保險杠和后保險杠。
本發(fā)明得到的重要優(yōu)點(diǎn)是成本減少和重量減少。通過模制工藝得到的空壁部分使塑料外部車體極大地變硬和變剛性，因此，極大地減少了會增加整體車重量的外來強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的需要。
車體最好進(jìn)行設(shè)計，以便塑料車體元件中沒有金屬插入物與塑料材料永久結(jié)合。如果需要回收報廢的車輛廢品(在其使用壽命以后)，金屬支架能夠從塑料外部車體上分開；在塑料車體上沒有金屬插入物能夠使塑料材料容易再利用，不用再花費(fèi)勞動力。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，塑料車體元件用熱塑性材料制造(而不是熱硬化性塑料)。模制塑料為純同質(zhì)材料，如果需要的話，能夠使用融化設(shè)備能夠修復(fù)。在這個意義上，塑料車體材料，與迄今在塑料車輛結(jié)構(gòu)和塑料船結(jié)構(gòu)中使用的強(qiáng)化纖維塑料混合物不同。
塑料外部車體最好在擠壓模型中使用熱塑性聚烯烴材料通過吹塑法制成。然而，塑料外部車體也能夠通過旋轉(zhuǎn)鑄造工藝制成。本發(fā)明的其它特征通過附圖和本發(fā)明的實施例的描述將變得明白。


圖1為體現(xiàn)本發(fā)明的車體結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2為沿圖1中線2-2的橫向剖面圖。
圖3為沿圖1中線3-3的橫向剖面圖。
圖4為沿圖1中線4-4的橫向剖面圖。
圖5為圖1車體結(jié)構(gòu)中使用的金屬支架的透視圖。金屬支架隱藏在圖1中。
圖6為示意圖，顯示了吹塑法的裝置，其能夠用于制造圖1所示的車體結(jié)構(gòu)中的塑料外部車體。
圖7示出了一個旋轉(zhuǎn)鑄造裝置，其能夠用作圖6的吹塑法裝置的另一種方法。圖6表示優(yōu)選裝置。
圖8為圖1的車體結(jié)構(gòu)增添了柔軟的帆布頂結(jié)構(gòu)后的透視圖。管狀支架固定在車體上，以支撐帆布頂。在另一種沒有示出的結(jié)構(gòu)中，頂部結(jié)構(gòu)為一塊硬頂，用螺釘或其它方法固定在主車體結(jié)構(gòu)上。
圖9為三塊模制的外部車體的分解透視圖，其能夠使用圖5所示的形式的金屬支架。
圖10為模制的塑料外部車體的透視圖，其通過將圖9示出的兩塊塑料車體元件合并制成。
圖11為與圖10相同方向的視圖，只是示出了通過將圖9示出的全部三塊車體元件合并制成的塑料外部車體。
參考圖1到圖5，在此示出了汽車10的一部分，汽車10包括一個塑料外部車體12和一個金屬支架14。支架在圖1的視圖中被遮蓋。圖2到圖4示出了支架沿車輛長度方向選擇好的位置的剖面圖。圖5示出了從塑料外部車體上分開的金屬支架。
塑料外部車體12包括兩個模制的前擋泥板16，兩個模制的后擋泥板18，和兩個與所述擋泥板相互連接的整體側(cè)板20。塑料車體的前部形成整體的前部保險杠22；同樣地，塑料車體的尾部形成整體的尾部保險杠(在圖1中看不到)。
塑料車體的前部中心部分被切掉形成發(fā)電機(jī)空間24。塑料車體前端的橫梁區(qū)域26為沒有示出的冷卻器和前部格窗提供了一個支撐面。此外，前擋泥板16的向前表面具有用于前燈的孔28。
應(yīng)當(dāng)明白，空間24通常安裝一個鉸鏈覆蓋(或蓋子)，從而將發(fā)動機(jī)保護(hù)和隱藏起來。在塑料外部車體安裝在金屬支架14上以后，沒有示出的覆蓋安裝在車體上。本發(fā)明主要涉及塑料外部車體12與內(nèi)部支架14的結(jié)合關(guān)系。
前擋泥板16和后擋泥板18通過模制的側(cè)板20相連。如圖2所示，模制的側(cè)板為中空雙壁結(jié)構(gòu)用于增加強(qiáng)度和防止扭曲。車輛的乘客區(qū)域由模制的地板32形成，地板通過一個整體管道34和分別置于管道兩側(cè)的兩個整體中空橫梁36強(qiáng)化，如圖2所示。管道34形成一個托架將乘客部分分隔成左右乘座區(qū)域。沒有示出的座位分別安裝在地板區(qū)域32上。
另一個有利的特點(diǎn)是，整體模制的燃料箱38位于后擋泥板18之間，與管道34成一直線。燃料箱的前端通過在管道34上形成一個分隔壁封閉，如圖6中的40所示。燃料箱的尾端同樣地通過位于車輛后壁44上的分隔壁42封閉。如圖6所示，后壁44為中空雙壁結(jié)構(gòu)，用于增加強(qiáng)度和剛性。
圖1到圖4所示的塑料外部車體12最好為一塊塑料成形品，通過一步模制操作形成。一種優(yōu)選的成形裝置為圖6所示的吹塑機(jī)。或者，車體通過旋轉(zhuǎn)鑄造工藝形成，如圖7所示。
圖6所示的機(jī)器包括一個擠壓機(jī)46，其接受來自漏斗48的合適樹脂(最好為聚烯烴材料)的珠粒(顆粒)。樹脂通過擠壓機(jī)向前進(jìn)入加熱器50，在此樹脂轉(zhuǎn)化為熔化狀態(tài)，并且被泵入儲存器52。儲存器上的活塞54對熔化樹脂施加合適的壓力(例如兩百五十磅/平方英寸)，以便樹脂進(jìn)入排出頭56。
排出頭56將樹脂形成具有合適壁厚的圓環(huán)管狀型坯58，以便傳遞到由模型部分60和62形成的型腔中。當(dāng)模型部分分開后，圓環(huán)狀型坯依靠重力落到模型部分60和62之間。如圖6中的箭頭所示，當(dāng)模型部分合到一起時，壓縮空氣通過中心管64向下泵入由樹脂型坯包圍的空間；此時，樹脂壁處于可流動的液體狀態(tài)，因此作用在樹脂壁上的空氣壓力使樹脂膜膨脹或偏斜，靠在相對的型腔表面。這種作用形成了圖2，3和6所示的各種中空壁。如果需要，可以監(jiān)測壁厚。
在模制壁結(jié)構(gòu)形成過程中，模型部分60和62可以被加熱，以便確保加壓的樹脂與型腔表面完全一致。當(dāng)模制的車體12形成以后，模型部分可以轉(zhuǎn)換成冷卻形態(tài)，以便冷卻并且至少部分固化模制的物品。
模型部分60和62在64和66包括配合刀刃，用于分開(或基本分開)交錯的樹脂壁區(qū)域68。分開的樹脂壁被取走，制成圖1所示的發(fā)動機(jī)空間容納開口。
吹塑法已經(jīng)被用于制造各種中空塑料結(jié)構(gòu)，例如塑料瓶，廣口瓶和大的容器。吹塑法工藝在本發(fā)明的操作中的有利之處在于，復(fù)雜的中空雙壁結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用于如圖2,3,4和6所示的汽車外部車體，提供堅固的外部車體。使用模制操作以便管狀樹脂部分能夠通過重力進(jìn)入型腔，如圖6所示。模制汽車外部車體在型腔中為垂直“直立”取向。
正如前面提到的那樣，塑料外部車體12支撐在一個金屬支架14上。如圖5所示，金屬支架包括兩個與車輛中心軸平行地縱向延伸的外部支架元件65，兩個沿縱向延伸與支架元件65基本平行的內(nèi)側(cè)支架元件66，以及兩個在塑料外部車體12的前端和尾端、連接支架元件65和66的橫向支架元件68?？紤]到成本因素，每一個支架元件最好為具有圓形截面的管狀鋼元件。也可以使用其它截面形狀，但是會增加一些成本。
金屬支架14在許多間隔開的點(diǎn)通過基座70與塑料外部車體12連接。每一個基座包括一個焊接到相關(guān)管狀支架元件上的金屬板，以便與塑料車體12的表面部分成面接觸。每一個基座70的上表面與相關(guān)塑料表面的外形一致，以便每一個基座有較大的區(qū)域與塑料車體嚙合。在此，塑料車體的接觸表面有一個曲率，基座也有一個相似的曲率，以便達(dá)到所需要的嚙合區(qū)域范圍。其目的是在基座-塑料車體連接點(diǎn)減少一些受力集中。
根據(jù)車輛的大小和重量，基座70的位置和數(shù)目可以變化。如圖所示，有十個車體支撐基座70。四個基座位于擋泥板的頂表面，兩個基座位于車輛的前端橫梁26的下面，并且兩個基座位于車輛的尾端靠近后壁44。
塑料車體必須很好地設(shè)計，以便基座接觸表面容易與基座70靠近而不改變塑料車體的側(cè)面和角度。最佳的安裝工藝為只通過垂直向下運(yùn)動將塑料車體放在金屬支架上(或?qū)⒅Ъ芴嵘剿芰宪圀w上)。在一個設(shè)想的情況中，車輪、軸、車輪懸掛裝置和發(fā)動機(jī)在塑料車體下放到支架14上之前安裝或連接到金屬支架14上。
塑料外部車體能夠從打開的型腔直接傳遞到金屬支架上，由此，支架對塑料車體起冷卻固定作用。
將塑料車體12固定在安裝基座70上可以使用許多形式的固定物。所選擇的固定物應(yīng)當(dāng)允許塑料車體在不同環(huán)境范圍內(nèi)工作時熱膨脹和收縮。
車輪傳遞齒輪(包括發(fā)動機(jī)、車輪懸掛裝置、制動器和方向盤)首先安裝在金屬支架上。路面作用力通過車輪懸掛裝置傳遞到金屬支架上。車輪載荷(人和貨物)由塑料車體承載。塑料車體和支架在一定程度上相互增強(qiáng)。
圖1到圖4表示優(yōu)選的包括單一模制體的塑料車體。然而，在本發(fā)明擴(kuò)展的應(yīng)用中，塑料車體可以為兩個或兩個以上的模制部分，通過螺釘、螺栓、黏結(jié)劑或其它緊固裝置固定在一起形成車體。圖10示出了一個由兩部分形成的塑料外部車體。圖11示出了一個由三部分形成的塑料車體，如圖9所示，塑料外部車體被分段(模制)為前部車體部分90、中心車體部分92、和尾部車體部分94。車體部分90和94可以用萊格(leggo)方式固定在一起形成圖10的車體。三個車體部分可以固定在一起形成圖11的加長車體。每一種車體都能夠用于運(yùn)送乘客和/或貨物。圖10表示四座型，而圖11表示六座型。
圖10或圖11的多塊塑料外部車體能夠安裝在圖5所示的類型的金屬支架上，屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在安裝在金屬支架之前，多塊塑料車體最好安裝成一個結(jié)構(gòu)。
圖7示出了另一種成形裝置，其能夠用于制造塑料車體(或塑料車體部件)。該裝置為旋轉(zhuǎn)鑄造(或離心鑄造)機(jī)，在關(guān)閉模型部分之前，在型腔內(nèi)預(yù)先填入預(yù)定量的樹脂粉。整個裝置應(yīng)當(dāng)放置在烘爐內(nèi)以熔化型腔內(nèi)的樹脂粉。同時，模型裝置在兩個不同平面內(nèi)在控制電壓(兩個旋轉(zhuǎn)平面不必一樣)作用下旋轉(zhuǎn)，以便樹脂粉在型腔表面熔化在一起。當(dāng)物品(例如塑料車體)全部形成時，整個裝置冷卻，以得到模制物品。
為了得到所需要的模型旋轉(zhuǎn)運(yùn)動組合，可以使用多種機(jī)器。如圖7所示，模型部分支撐在支架72上，其有一個對準(zhǔn)的樞軸74與模型部分或一個相關(guān)聯(lián)的支撐架連接，馬達(dá)76安裝在支架72上用于使模型部分圍繞水平軸旋轉(zhuǎn)。該支架被兩個配合安裝在一個固定結(jié)構(gòu)80上的對準(zhǔn)的軸(支撐架)78支撐；馬達(dá)82與一個軸78連接，以便圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)支架72(和模型部分)。
旋轉(zhuǎn)鑄造機(jī)的特點(diǎn)在于非常平滑的產(chǎn)品表面，以及在每一個模制循環(huán)之后改變顏色的能力(通過選擇樹脂粉末原材料)。圖6的吹塑法裝置的優(yōu)點(diǎn)是周期短。
圖1,10和11所示的塑料外部車體和金屬支架，既能夠安裝一個硬頂結(jié)構(gòu)(沒有示出)，也能夠安裝一個軟帆布頂結(jié)構(gòu)，例如如圖8所示。參考圖8，一個分開的管狀構(gòu)架84安裝在塑料外部車體12的上邊表面，隨后一個帆布蓋86可以放置在構(gòu)架84上。擋風(fēng)玻璃可以與外部車體12連接，隨后一個帆布蓋86可以放置在構(gòu)架84上。擋風(fēng)玻璃可以以任何需要的方式與外部車體12連接。
本發(fā)明主要涉及塑料外部車體12及其與金屬支架14的關(guān)系。圖8只是描述了一個能夠用于車體的具體頂結(jié)構(gòu)。也可以使用其它頂結(jié)構(gòu)。
應(yīng)該認(rèn)識到，在實施本發(fā)明時，塑料外部車體的形式可以變化或改動。模制工藝的實施可以提供許多整體的內(nèi)在特征，例如，燃料箱，電池箱，擋泥板，前或后座，座位通道，前燈殼，尾燈殼，儀表板，復(fù)式方向盤支座(左和右)，頂帽保持器，備用輪胎槽，貨物固定錨，以及支架連接表面。在某些情況下，為了在模制的外部車體上得到下凹的表面，模型部分不得不有一些活塊。本發(fā)明可以用于不同的車體形狀和設(shè)計。
權(quán)利要求
1．一種汽車，包括具有兩個前擋泥板和兩個后擋泥板的塑料車體，所述塑料車體還包括地板和發(fā)動機(jī)容納空間；一個金屬支架，其支撐所述塑料車體；以及沿所述支架上間隔開的點(diǎn)將所述塑料車體固定到所述金屬支架上的多個連接元件，由此塑料車體和支架共同承擔(dān)加在車輛上的負(fù)載。
全文摘要
一種汽車,其制造成包括一個整體塑料外部車體和一個在外部車體下面的金屬支架。外部車體最好通過模制工藝或旋轉(zhuǎn)鑄造工藝制成,以便車體具有整體中空雙壁部分,其強(qiáng)度相對較高并且抗彎曲或扭曲力。塑料車體包括各種內(nèi)在特征,例如,通過模制工藝制成的整體的燃料箱。金屬支架最好用縱向的或橫向的管狀支架元件制成。支撐基座安裝在支架上選擇好的點(diǎn),用于使塑料車體與支架連接。
文檔編號B62D29/04GK1215010SQ9812040
公開日1999年4月28日 申請日期1998年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
發(fā)明者約內(nèi)爾·尤金·辛普利森 申請人:福特汽車公司